• Title/Summary/Keyword: Welding

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Potential of HAZ Property Improvement through Control of Grain Boundary Character in a Wrought Ni-based Superalloy (단련용 Ni기 초내열합금의 입계구조 제어를 통한 HAZ 특성 향상 가능성 고찰)

  • Hong, H.U.;Kim, I.S.;Choi, B.G.;Jeong, H.W.;Yoo, Y.S.;Jo, C.Y.
    • Proceedings of the KWS Conference
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    • 2009.11a
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    • pp.43-43
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    • 2009
  • 단련용 다결정 Ni기 초내열합금은 우수한 가공성, 내산화성, 고온특성 등으로 가스터빈 연소기, 디스크, 증기발생기 전열관 등 발전용 고온부품 소재에 널리 적용되고 있다. 최근 발전설비의 고효율화를 꾀하기 위해 작동 온도를 현격히 증가시키는 기술방향으로 발전하고 있고, 소재측면에서는 기존의 초내열합금 대비 고기능성을 확보할 수 있는 차세대 Ni기 초내열합금 개발이 유럽, 미국, 일본, 중국 등을 중심으로 활발히 이루어지고 있다. 이러한 소재의 고온강도 (온도수용성)를 향상시키기 위해서는 통상 규칙격자 금속간화합물인 $Ni_3(Al,Ti)-{\gamma}'$상의 분율을 증가시킬 수 있지만, ${\gamma}'$상분율이 증가할 경우 용접 및 후열처리 동안 용접열영향부 (HAZ)에서 액화균열이 발생할 가능성이 높아진다. 결정립계를 따라 발생하는 HAZ 액화균열은 입계특성에 의해 크게 영향을 받을 것으로 판단된다. 한편, 본 연구자들은 최근 입계 serration 현상을 단련용 합금에 도입시키는 특별한 열처리를 이론적 접근법을 통해 개발하였다. 형성된 파형입계는 결정학적인 관점에서 조밀 {111} 입계면을 갖도록 분해 (dissociation)되어 낮은 계면에너지를 갖게 됨을 확인하였으며, 입계형상 변화뿐만 아니라 탄화물 특성변화까지 유도하여 크리프 수명을 기존대비 약 40% 정도 향상시킴을 확인하였다. 이러한 직선형 입계 대비 'special boundary'로 간주되는 파형입계가 도입될 경우, HAZ 결정립크기 변화 및 액화거동에 미치는 영향을 고찰하고, 아울러 입계특성 제어가 용접성/용접부 품질 향상에 기여할 수 있는 가능성도 토의하고자 하였다. 본 연구에서는 재현 HAZ 열사이클 시험을 통해 미세구조를 정량적으로 비교하였다. 상대적으로 입계구조가 안정된 파형입계의 이동속도가 高계면 에너지를 갖는 직선형 입계보다 느려 HAZ 결정립 성장이 효과적으로 억제됨을 확인할 수 있었다. 입계 액화거동을 살펴보면, 두 시편 모두 $M_{23}C_6$, MC 등 입계탄화물 계면이 빠른 승온중 액화반응 (constitutional liquation)에 의해 입계가 액화되었으며, 이후 급냉에 의해 입계에 액상막이 존재한 흔적이 발견되었다. 최고온도별로 입계액화 폭/비율을 정량적으로 비교한 결과, 파형입계가 직선입계 대비 대체로 낮음을 확인할 수 있었으며, 때때로 액화되지 않고 잔존하는 입계 탄화물이 관찰되었다. 재현 HAZ 미세조직을 통해 Hot ductility 시험 결과를 유추하자면, 파형입계가 직선입계 보다 좁은 취성온도영역 (Brittle Temperature Range)을 나타낼 것으로 예상되어, 입계특성제어에 의해 Ni기 초내열합금의 용접성을 향상 가능성을 확인하였다.

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A study on the residual stress at the weld joint of 2.25Cr-1.6W heat resistant steel (보일러용 배관재 2.25Cr-1.6W계 내열강의 용접부 응력 해석)

  • Lee, Y.S.;Lee, K.W.;Lee, J.B.;Kim, Y.D.;Kong, B.W.;Ryu, S.H.;Kim, J.T.;Kim, B.S.;Jang, J.C.
    • Proceedings of the KWS Conference
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    • 2009.11a
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    • pp.62-62
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    • 2009
  • 석탄화력발전소의 CO2배출량 감소와 고효율, 대용량화로 인해 초초임계압(USC:Ultra Super Critical) 화력발전소의 건설이 증가하고 있다. USC 발전소는 효율향상을 위한 증기온도와 압력의 상승 때문에 보일러 고온고압부에 기존의 소재에 비해 고온강도와 내산화성의 재료물성이 향상된 신소재 적용이 불가피하다. 특히 사용된 신소재 중에서 보일러 본체를 구성하는 수냉벽관(Water wall), 과열기와, 재열기용 튜브 및 후육부인 헤더와 배관재로 기존의 2.25Cr-1Mo강을 개량한 2.25Cr-1.6W계 내열강이 적용되고 있다. 2.25Cr-1.6W강은 SMI와 MHI가 공동개발한 소재로 1995년 튜브제품이, 1999년에 단조, 파이프재, 플레이트제품이 ASME code case로 등재되었고, 2009년 ASME code case 2199-4로 개정되어 사용 중이다. 이 소재는 2.25Cr-1Mo강에 고온강도 개선을 위해 석출강화효과가 있는 V과 Nb을 첨가하였고, 탄화물의 열적안정성과 고용강화효과 증대를 위해 W을 첨가하였다. 그리고 제작성과 용접성 및 재료의 인성 향상을 위해 B첨가와 C함량을 낮추었다. 합금성분의 첨가와 조정에 의해 고온강도는 개선되었지만, 보일러 설치 및 보수를 위한 용접과정에서 용접금속과 CGHAZ(Coarse Grain HAZ)에서 용접균열이 발생하였다. 대부분의 용접균열은 용접결함이나 고온 혹은 저온균열이 아닌 2.25Cr-1.6W계강의 강도 개선을 위해 첨가한 V과 Nb이 용접후열처리 도중 입내에 MX형태의 미세석출로 입내를 강화시킴으로서 발생한 재열균열 민감성 증대에 기인된 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서 용접 및 후열처리 과정에서 용접금속과 HAZ에서 발생하는 용접금속의 응력분포를 전산해석을 통해 확인하고 실제 후육파이프 용접부에서 잔류응력을 측정해 비교하였다. 용접부 응력분포는 SYSWELD 프로그램을 사용해 해석을 수행하였고, 발전소 실배관재의 용접부 응력측정은 수평부 측정이 용이하도록 지그를 부착한 Potable 잔류응력측정기를 사용해 Hole Drilling Method(HDM)를 적용하여 잔류응력을 측정하였다. 해석 결과 CGHAZ부위의 잔류응력이 용접금속과 기타 부위에 비해 높은 응력분포를 나타냈으며, 이는 CGHAZ와 용접용융선 부근에서 균열이 발생하는 실제값과 일치하는 결과를 보였다. 실제 배관재 용접부에서 측정한 잔류응력값은 항복응력의 약 50% 이하 응력값을 나타냈다. 배관 구조에 기인한 시스템응력의 영향을 제거하기 위해 배관재 용접부를 중심으로 양끝단을 절단 후 용접부에서 측정한 응력은 항복응력 대비 25%수준의 낮은값을 보였다. 그러나 배관재가 장기간 고온환경에 노출되었고 용접금속 내부의 균열이 발생한 상태에서 측정하였기 때문에 용접잔류응력은 상당부분 해소되어 상대적으로 낮은 응력값이 얻어진 것으로 판단된다.

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Adhesion reliability of flexible copper clad laminate under constant temperature and humidity condition by thickness of Ni/Cr seed layer (항온항습 조건하에서 Ni/Cr 층의 두께에 따른 FCCL의 접합 신뢰성 평가)

  • Choi, Jung-Hyun;Noh, Bo-In;Yoon, Jeong-Won;Yoon, Jae-Hyun;Choi, Don-Hyun;Kim, Yong-Il;Jung, Seong-Boo
    • Proceedings of the KWS Conference
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    • 2009.11a
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    • pp.75-75
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    • 2009
  • 연성회로기판은 일반적으로 절연체를 이루는 폴리이미드와 전도체를 이루는 구리로 구성되어 있다. 폴리이미드는 뛰어난 열적 화학적 안정성, 기계적 특성, 공정성 등의 장점으로 인해 연성회로기판의 절연체로서 제안되었지만 전도체를 이루는 구리와의 접합 특성이 우수하지 않기 때문에 많은 연구가 현재까지 진행되고 있고, 그 결과 연성회로기판의 접합 특성에 많은 개선이 이루어짐과 동시에 다양한 공정 방법이 제안되고 있다. 하지만 고온다습한 환경에서 사용될 경우 폴리이미드의 높은 흡습성과, 구리와 seed layer의 산화 문제로 인해 접합 특성이 저하된다는 단점 또한 가지고 있다. 따라서 본 연구를 통해 고온다습한 조건하에서 seed layer가 80Ni/20Cr 합금으로 구성된 연성회로기판의 seed layer의 두께와 시효시간으로 인해 발생하는 접합 신뢰성의 차이를 관찰하였다. 본 연구에서는 두께 $25{\mu}m$의 폴리이미드 위에 각각 100, 200, $300{\AA}$ 두께의 80Ni/20Cr의 합금 조성을 가지는 seed layer를 스퍼터링 공정을 통해 형성한 후 전해도금법을 이용하여 $8{\mu}m$ 두께의 구리 전도층을 형성하였다. 접합 특성 평가를 위해 ICP 규격에 따라 전도층 패턴을 폭 3.2mm, 길이 230mm로 시편을 제작하여 50.8mm/min의 이송 속도로 각 시편당 8회의 $90^{\circ}$ peel test를 실시하였다. 또한 $85^{\circ}C$/85% 항온항습 조건하에서 각각 24, 72, 120, 168시간 동안 시효 처리 후 같은 방법으로 연성회로기판의 접합 특성을 평가하였다. 파면의 형상과 조성을 분석하기 위해 SEM (Scanning electron microscope)과 EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy)를 사용하였으며, 파면의 조도 측정을 위해 AFM (Atomic force microscope)을 사용하였다. 또한 파면의 잔여물 분석을 위해 EPMA (Energy probe microanalysis)를 사용하였고 계면의 화학적 결합상태를 분석하기 위해 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 파면을 분석하였다.

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Sensitivity Analysis of Nozzle Geometry Variables for Estimating Residual Stress in RPV CRDM Penetration Nozzle (원자로 상부헤드 관통노즐의 잔류응력 예측을 위한 노즐 형상 변수 민감도 연구)

  • Bae, Hong Yeol;Oh, Chang Young;Kim, Yun Jae;Kim, Kwon Hee;Chae, Soo Won;Kim, Ju Hee
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.37 no.3
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    • pp.387-395
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    • 2013
  • Recently, several circumferential cracks were found in the control rod drive mechanism (CRDM) nozzles of U.S. nuclear power plants. According to the accident analyses, coolant leaks were caused by primary water stress corrosion cracking (PWSCC). The tensile residual stresses caused by welding, corrosion sensitive materials, and boric acid solution cause PWSCC. Therefore, an exact estimation of the residual stress is important for reliable operation. In this study, finite element simulations were conducted to investigate the effects of the tube geometry (thickness and radius) on the residual stresses in a J-groove weld for different CRDM tube locations. Two different tube locations were considered (center-hole and steepest side hill tube), and the tube radius and thickness variables ($r_o/t$=2, 3, 4) included two different reference values ($r_o$=51.6, t=16.9mm).

The Epidemiologial Study on the Welders' Pneumoconiosis among Shipyard Welders in Pusan Area (부산지역 조선업 용접공들의 진폐증에 관한 역학적 조사연구)

  • Lee, C.U.;Lee, Jong-Tae;Shon, H.S.;Kim, S.C.;Pae, K.T.;Park, H.J.;Kim, Y.W.;Yun, I.G.
    • Journal of Preventive Medicine and Public Health
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    • v.22 no.1 s.25
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    • pp.153-161
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    • 1989
  • Authors studied on the prevalence of 94 cases of pneumoconiosis who were found out through the screening test on 1,062 workers engaged in welding process at 36 shipyard in Pusan area from March 1st, 1986 to November 30th, 1986. The result were as follows; 1. Dust concentration was measured $4.49{\pm}0.54mg/m^3$ in the small scale shipyard while it was $6.25{\pm}1.08mg/m^3$ in the large one. 2. The prevalence of welder's lung was 8.9% (male:8.5%, female:12.0%) and this is consist of 4.9% suspected pneumoconiosis and 4.0% pneumoconiosis more than category 1/0. 3. The prevalence was significantly increased according to the duration of dust exposure(p<0.05), and it showed the increasing tendency by the age group. 4. The prevalence was significantly higher in the large scale shipyard than is the small scale one(p<0.01). 5. The type and shape of opacities were 71.4% of p type and 28.6% of q type, however no pneumoconiosis with r type observed in this study. 6. The main subjective symptoms were the sputum(29.8%), coughing(25.5%), shortness of breath(20.2%), fatique(6.4%), and chest pain(5.3%). In other hand, 57.4% of pneumoconiosis were asymptomatic. 7. The prevalence of pulmonary tuberculosis was radiologically 1.7% in all subjects including 5.3% in pneumoconiosis and 1.3% in no pneumoconiosis(p<0.01).

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Cycllic Seismic Testing of Full-Scale RBS (Reduced Beam Section) Steel Moment Connections (RBS 철골모멘트접합부의 내진거동평가를 위한 반복재하 실물대(實物大) 시험)

  • Lee, Cheol Ho;Jeon, Sang Woo;Kim, Jin Ho
    • Journal of Korean Society of Steel Construction
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    • v.14 no.4
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    • pp.557-566
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    • 2002
  • This paper summarized the results of a full-scale cyclic seismic testing on four reduced beam section (RBS) steel moment connections. Specifically, these tests addressed a bolted web versus a welded web connection and strong versus medium panel zone (PZ) strength as key test variables. Specimens with medium PZ strength were designed to promote balanced energy dissipation from both PZ and RBS regions, in order to reduce the requirement for expensive doubler plates. Both strong and medium PZ specimens with welded web connection were able to provide sufficient connection rotation capacity required of special moment-resisting frames. On the other hand, specimens with bolted web connection performed poorly due to premature brittle fracture of the beam flange at the weld access hole. Unlike the case of web-welded specimens, specimens with cheaper bolted web connection could not transfer the actual plastic moment of the original (or unreduced) beam section to the column. No fracture occurred within the beam groove welds of any connection in this testing program. If fracture within the beam flange groove weld is avoided by using quality welding procedure as in this study, the fracture issue tends to move into the beam flange base metal at the weld access hole. Supporting analytical study was also conducted in order to understand the observed base metal fracture from the engineering mechanics perspective.

Effects of Geometry of Reactor Pressure Vessel Upper Head Control Rod Drive Mechanism Penetration Nozzles on J-Groove Weld Residual Stress (원자로 상부헤드 제어봉구동장치 관통노즐 형상이 J-Groove 용접잔류응력에 미치는 영향)

  • Kim, Ju-Hee;Kim, Yun-Jae;Lee, Sung-Ho;Hur, Nam-Young;Bae, Hong-Yeol;Oh, Chang-Young;Kim, Ji-Soo;Park, Heung-Bae;Lee, Seung-Geon;Kim, Jong-Sung;Huh, Nam-Su
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.35 no.10
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    • pp.1337-1345
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    • 2011
  • In pressurized water reactors (PWRs), the reactor pressure vessel (RPV) upper head contains numerous control rod drive mechanism (CRDM) nozzles. In the last 10 years, the incidences of cracking in alloy 600 CRDM nozzles and their associated welds has increased significantly. Several axial and circumferential cracks have been found in CRDM nozzles in European PWRs and U.S. nuclear power plants. These cracks are caused by primary water stress corrosion cracking (PWSCC) and have been shown to be driven by welding residual stresses and operational stresses in the weld region. Therefore, detailed finite-element (FE) simulations for the Korea Nuclear Reactor Pressure Vessel have been conducted in order to predict the magnitudes of the weld residual stresses in the tube materials. In particular, the weld residual stress results are compared in terms for nozzle location, geometry factor$r_o$/t, geometry of fillet, and adjacent nozzle.

The effect of heat input and PWHT on the mechanical properties and microstructure of HSB600 steel weldments with GMAW (HSB600강 가스메탈아크용접부에서 입열량과 용접후 열처리가 기계적 특성과 미세조직에 미치는 영향)

  • Ju, Dong-Hwi;Jang, Bok-Su;Lim, Young-Min;Koh, Jin-Hyun
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.13 no.5
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    • pp.1939-1946
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    • 2012
  • High performance steel for bridges requires higher performance in tensile and yield strength, toughness, weldability, etc. The purpose of this study is to investigate the weldability of HSB 600 steel. The effects of heat input (1.4~3.2kJ/mm) and postweld heat treatment (PWHT, $600^{\circ}C$, 40hr.) on the TMCP HSB600 steel weldments made by GMAW process were investigated. The tensile strength and hardness of as-welded specimens decreased with increasing heat input. Charpy V-notch impact energy did not show any significant difference by postweld heat treatment. The fine-grained acicular ferrite was mainly formed in the 2.1kJ/mm of heat input while polygonal and side plate ferrites were dominated in the high inputs. Meanwhile, tensile strength and hardness of PWHT weldments decreased due to the coarsening and globularization of ferrite microstructure and reduction of residual stresses with increasing heat inputs. However, there was no significant difference in the impact energy absorption.

Experimental Study on the Behavior of Building Hardware with Joint Details (접합 방법에 따른 하지철물 구조물의 거동에 관한 실험적 연구)

  • Hong, Seonguk;Kim, Seunghun;Baek, Kiyoul
    • Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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    • v.22 no.1
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    • pp.190-198
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    • 2018
  • In recent years, non-welded building hardware has been installed by bolt assembly is used. The non-welded building hardware method can reduce accidents caused by welding, and can be constructed by bolt assembly, which can reduce labor costs and shorten the construction period. However, there is a need for a method to compensate for the occurrence of buckling at the time of construction. The purpose of this study is to evaluate the behavior of joints between steel pipe and fastener and to evaluate the behavior of joints of non-welded and welded hardware frame. As a result, it was found that the foundation steel structure without welded joints was deformed to a rotation angle of member much larger than the allowable interlayer displacement angle 0.01 to 0.02 required according to the seismic load rating in the seismic load resistance system.

Measuring and Correcting The Compressive Axial Strain of Concrete Cylinders Retrofitted by External Jackets (외부자켓에 의해 보강된 콘크리트 압축시편의 압축변형률 측정 및 보정)

  • Choi, Eun-soo;Lee, Young-Geun
    • Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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    • v.13 no.2 s.54
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    • pp.215-222
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    • 2009
  • In this study, steel and FRP jackets are used to confine concrete cylinders. The FRP jacket behaviors compositely with concrete since there is bonding between them. However, the used steel jacket in this study do not behavior compositely with concrete since there is not an adhesive between them. The steel jackets are attached by external forces and the welding. This study suggests the measuring method of the axial strain for the confined concrete cylinders showing noncomposite behavior with the jackets and the correcting method of the measured strain for the composite-behavior jackets. For the noncomposite-behavior steel jacket, the axial strain of the steel surface does not represent the axial strain of the concrete inside. Also, a compressormeter can not be used. Thus, the two rigid plates at the top and bottom of a cylinder are placed and the distance of the two plates are measured and used for estimating the axial strain of the concrete. For the composite-behavior FRP jacket, the vertical strain measured on the FRP surface can be used for estimating the axial strain of the concrete. However, the vertical strain on the FRP surface contains the tensile strain due to the bulge of the concrete and, thus, the tensile strain should be corrected from the vertical strain. The corrected verticals strains compared with the measured strain or a existing constitute model; the result is satisfactory. The uncorrected stress-strain curves have the potential to under estimate the ductile behavior and the energy-dissipation-capacity of the composite-behavior FRP jackets.